它是人類戰勝遺傳病的曙光，卻難以擺脫愚昧保守的誤解

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轉基因技術向來飽受倫理與研究爭議。

幾年前，一項從細菌中借鑒而來的基因編輯技術應運而生。

它能精確更改生物基因，且不引入任何外源基因。

一時間成為最炙手可熱的基因改造工具之一。

然而在上個月，歐盟將基因編輯作物納入轉基因的範疇，實施嚴格的法律監管。

華人科學家張鋒是首個CRISPR/Cas9系統專利的獲得者。

這也就是近幾年處於風火浪尖的新型基因技術的核心系統。它能像修改文檔中的錯別字一樣，對某段基因序列進行編輯修改。

強大的基因工程工具卻逃不過限制轉基因的嚴管命運。

早在19世紀孟德爾推斷遺傳物質決定了生物體的性狀。人們對其的敬畏之心也由此而生。隨著了解得越來越多，改造基因的想法也開始萌芽並付諸行動。

基因編輯是按照人類的需求，對目標基因實施特定的更替過程。而這種機制，人們是從細菌身上借鑒而來的。

細菌雖然體型細微，卻擁有無比頑強的生命力。

直到十年前，科學家才發現原來細菌結簡單結構的身體里竟也擁有強大的免疫系統。

CRISPR/Cas9是大多數細菌或古細菌的一種天然免疫系統。

它不僅可用於對抗噬菌體等病毒的入侵。還能抵抗外源DNA的污染，也就具有保護自身基因的能力。

當遭受病毒攻擊是，細菌會產生相應的酶來抵禦侵染。每當一種酶成功殺死入侵的病毒時，一些衍生的酶也會同時出現。

它們不滿足於一次「戰役」的獲勝。而是將戰敗病毒的遺傳信息殘骸分解儲存進CRISPR空間中，以抵禦未來的攻擊。

於是當新的感染髮生時，細菌迅速產生特殊的攻擊酶——Cas9酶。擁有病毒遺傳密碼資料庫的Cas9則輕易調出「記憶武器」來發動猛烈反擊。

第一代基因修飾技術，也就是通俗理解的轉基因技術，曾經也在生物界製造了一次強烈的震撼。它採用將外源基因嵌入載體的方法導入宿主細胞。隨後，人為添置的基因便可在細胞內表達。這使得生物體展現出預期的性狀。

最終實現的過程看似不複雜。

但其間每一個步驟中選取的適配材料和手段卻是難以想像的精密與巧妙。

這項技術給人們帶來了從基因層面改造生物體的美好希望。然而它的一些潛在隱患也同時得到重點關注。

有人擔心新增的基因或新表達的蛋白質會對原本生物體造成惡性影響。更擔心轉基因培育的食品對危害食物鏈頂端的人類。它甚至還背起了致癌等健康問題的黑鍋。

雖然實際的影響還沒有明確的體現。但人們對於新技術的擔憂和謹慎仍被擺在首要考慮的地位。

此時，一種基因編輯新技術的問世，為基因修飾提供了更具說服力的方向。

CRISPR/Cas9系統本質也是從基因入手進行改造。

但它作為一種天然的基因編輯器，自然更適用於生物體本身。因此具有更明顯的優點，並規避了一些安全問題。

與傳統基因修飾中運載體的功能類似。

通常把Cas9酶和含有約20個鹼基的短鏈RNA組合形成複合物。而這個短鏈RNA正是攜帶有改造性狀表達的基因。

通過顯微鏡和細針等工具將CRISPR/Cas9導向器注射進宿主細胞。此時，新基因則在龐大而複雜的DNA基因組中遊走。

人類基因組中就有超過三億個鹼基。而CRISPR就利用RNA鹼基的互補配對原則作為染色體中的導航儀。直到相中那段能與它完全匹配的鹼基序列，它才算完成導航任務。

鹼基識別目標基因後，Cas9酶被激活，隨後發揮了「剪刀」的作用。

它將DNA雙鏈中的特定鹼基位切開。從而把複合物中的目標基因鹼基對進行替換或插入。

RNA單鏈隨即單獨進行逆轉錄過程，將缺位填充完整。此時整個基因編輯過程也就基本完成了。

倘若這種定向改變基因的方法能夠在現實中應用。那麼人類近六千種遺傳病將有機會實現徹底治癒。

同時，通過剔除並修復植物體中的不利基因，便於讓人們獲得滿意的食物。

基因編輯與傳統的轉基因在工作原理上具有極高的相似度。最重要的差別就在於前者引入了CRISPR系統。而後者則是將目的基因置入運載體中，在細胞內獨立表達。

這點看似微小的差異，卻造成了兩者作用效果上的顯著優劣勢。

相對於傳統基因技術直接導入外源基因的方法，CRISPR所做的修改則更加精細了。

它只對特定的幾十個鹼基對進行編輯替換。因此減少了基因表達出現的危險隱患。從而具有更高的精確度和效率。

而簡易的實驗操作使得時間和金錢成本也實現大幅度的降低。僅需75美元的，數個小時就能完成一次實驗。

把細菌的免疫系統機制直接拿來給其他生物使用。這樣大膽地設想在生物學界大概率是會碰壁的。但30歲出頭的張鋒就恰恰有著不撞南牆心不死的勇氣。

他證明了這套機制可以用於編輯培養小鼠細胞或人類細胞的基因組。因此締造了基因編輯的新紀元。

張鋒是一名華人美國生物化學家。他跟隨母親在美國長大，從小就展現出驚人的科學天賦。

18歲時獲得了英特爾科學人才選拔賽的第三名。要知道，這可是美國最悠久、最具盛名的科學競賽。入圍決賽的選手中不少人在之後的科研生涯中繼續獲得諾貝爾獎、菲爾茲獎等著名獎項。

他先後在麻省理工學院、哈佛大學和斯坦福大學完成從本科到博士學位的攻讀。

2013年，張鋒已經是布萊德研究所*的核心研究人員。他的實驗室專註於研究神經生物學領域。

三年前，他帶領的團隊開創了光遺傳學領域的研究方法。這被Nature雜誌評為「2010年的年度方法」。

*註：布萊德研究所是由麻省理工學院和哈佛大學的科學家最初共同創辦的研究中心。

從2011年初開始，他注意到CRISPR系統的內在潛力和廣闊前景。於是便著手嘗試將這個機制應用於人體細胞中。

其實實驗過程並不複雜：根據需求構建出產生突變的基因分子，再使用類似指南針、剪刀等功能的生物工具，就能完成編輯任務。

但將細菌免疫機制移植到人類中，這一步走了24年。而張鋒自然也是站在巨人的肩膀上摘下這顆誘人的果子。

其實早在1987年，日本科學家就在大腸桿菌中發現並命名了CRISPR序列。

在此之前，人們從來不知道細菌中竟然存在著免疫系統。強大的對抗功能只引來一陣驚嘆，卻沒有與人類細胞聯繫在一起。

直到2011年，珍妮弗·杜德娜與艾曼紐·卡朋特等人重新檢視這項險些被遺忘的發現。

她們開始由原理性探索轉向實用性探索。從試管中的分子上證實了CRISPR/Cas9系統可以在設定的部位切割基因組。

這項研究讓她們兩人獲得了科學突破獎。這個獎項獎金可比諾貝爾獎的獎金高得多，堪稱科學界巨獎之一。

既然CRISPR在體外也能正常發揮效用。那麼再將它導入細胞，是否也同樣可行呢？

在疑慮與鑽研夾雜的科學精神指引下，張鋒開展了縝密的證明實驗。

結果不出所料，生命科學領域又匯聚了一次不小的震撼。而張鋒也成功申請到相關的專利，擁有在除細菌外的任何生物中使用CRISPR的權利。

此後關於CRISPR的研究也呈現出爆發性的增長。

2011年只有不足100篇的相關論文。到了2014年數量暴增不止100倍，超過14000篇論文被發表。

在科學領域，火爆的研究雖然增大了學術之間的競爭。但也推動了機制研發的成熟發展，從研究到臨床的科研道路距離從而被大大縮短。

2017年，有科學家在人類胚胎上使用這項技術，成功修復了遺傳性的肥厚性心臟病。此後，也有人運用在患有遺傳性耳聾的小鼠身上，得到優異的緩解效果。

科學家們甚至表明，CRISPR可以將艾滋病毒從免疫細胞中分解出來，從而達到徹底治癒的功效。

而且從基因層面的解決手段，根除了細菌、病毒抗藥性進化的問題。

然而，技術之所以還停留在研究層面，也就意味著仍有未攻克的難關。

Cas9酶是整個機制中最關鍵的要素，但也是經受最多顧慮的環節。CRISPR具有精確修復基因的優勢，全靠Cas9酶能特異性識別靶點。

但它的偶然失效，即「脫靶效應」將導致在意想不到的地方進行DNA編輯。這在人體細胞中可能引發癌症，甚至產生新型疾病。

而基因編輯不僅修飾單個生物體的基因。還可能引發整個物種基因型偏向改變的蝴蝶效應。也就是導致「基因驅動」的可怕後果。

若被不合理地利用，造成的嚴重倫理問題將不堪想像。因此各國仍然對這項技術持保守意見。

雖然對於最終運用於生命體本身，尤其是人類本身的科學技術，謹慎與安全是首要前提。但歐盟把人為修改的基因編輯與轉基因技術一概而談是難以讓學術界信服的。

人們需要給研究本身充足的時間，同時也需要具有正確看待其優劣的客觀態度。

*參考資料

A simple guide to CRISPR, one of the biggest science stories of the decade.Vox.

What is CRISPR gene editing, and how does it work? THE CONVERSATION.

Ran F A, Barretto R P J, Habib N, et al. Multiplex genomeengineering using CRISPR/Cas systems.[J]. Trends in Genetics Tig, 2013,32(12):815.

Who Owns the Biggest Biotech Discovery of the Century? MIT TechnologyReview,